DSP技术综述[1](精)

1、DS肢术综述姓名：学号：摘要：DSP( digitalsig nalprocessor)是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换 为 0或 1 的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他 系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序， 远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。 它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。数字信号处理(DigitalSignalProcessing，简称 DSP 是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多

2、领域的新兴学科。20 世纪 60 年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得 到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提 取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去 的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的 应用。德州仪器、Freescale 等半导体厂商在这一领域拥有很强的实 力。关键字：DSP TI 公司、发展、芯片、现状、应用、趋势亠、DSP勺发展历史世界上第一个单片 DSF 芯片应当是 1978 年 AM 公司发布的 S2811,1979 年美国 In tel 公司发布的商用可编程器件 2920 是 D

3、SF 芯片的一个 主要里程碑。这两种芯片内部都没有现代 DS 芯片所必须有的单周期 乘法器。1980 年，日本 NE（公司推出的卩PD772 是第一个具有乘法器 的商用 DS芯片。在这之后，最成功的 DSP 芯片当数美国德州仪器公司（Texaslnstruments，简称 Tl）的一系列产品。TI 公司在 1982 年成功 推出其第一代 DSP 芯片 TMS3201C 及其系列产品 TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C1 等，之后相继推出了第二代DSF 芯 片TMS32020 TMS320C25/C26/C28 第三代 DS 芯片 TMS320C30/C31/C32

4、第四代 DS芯片TMS320C40/C44 第五代 DSF芯片TMS320C5X/C54,第 二代 DSF芯片的改进型 TMS320C2XX集多片 DSF芯片于一体的高性能 DSP芯片TMS320C8X以及目前速度最快的第六代DSP芯片 TMS320C62X/C67等。TI 将常用的 DSP 芯片归纳为三大系列，即： TMS320C20C 系列（包括 TMS320C2X/C2XX、TMS320C50C 系列（包括TMS320C5X/C54X/C55X、TMS320C60C 系列（TMS320C62X/C67X。如今，TI 公司的一系列 DS 产品已经成为当今世界上最有影响的DSP芯片。TI 公

5、司也成为世界上最大的 DS 芯片供给商，其 DS 市场份额占 全世界份额近 50%。第一个采用 CMO 工艺生产浮点 DSF 芯片的是日本的 Hitachi 公 司，它于 1982 年推出了浮点 DSF 芯片。1983 年日本 Fujitsu 公司推出的MB8764 其指令周期为 120ns,且具有双内部总线，从而使处理吞吐 量发生了一个大的飞跃。而第一个高性能浮点DS 芯片应是 AT&T 公司于 1984 年推出的 DSP32与其他公司相比，Motorola 公司在推出 DSP 芯片方面相对较晚。1986 年，该公司推出了定点处理器 MC56001 1990 年，推出了与 IEEE

6、浮点格式兼容的浮点 DS 芯片 MC96002美国模仿器件公司（AnalogDevices，简称 AD）在 DSP 芯片市场上 也占有一定的份额，相继推出了一系列具有自己特点的DS 芯片，其定 点 DSP 芯 片 有 ADSP2101/2103/2105、ASDP2111/2115、ADSP2161/2162/2164 以及 ADSP2171/2181，浮点 DSP 芯片有ADSP21000/21020 ADSP21060/2106 等。自 1980 年以来，DS 芯片得到了突飞猛进的发展，DS 芯片的应用 越来越广泛。从运算速度来看，MAC（次乘法和一次加法）时间已经从 20 世纪 80 年

7、代初的 400ns （如 TMS32010 降低到 10ns 以下（如TMS320C54XTMS320C62X/67 等），处理能力提高了几十倍。 DS 芯片内部要害的乘法器部件从 1980 年的占模片区（diearea ）的 40%左右 下降到 5%以下，片内 RA 数量增加一个数量级以上。从制造工艺来看， 1980年采用 4 卩 m 的 N 沟道 M0（ NMOS 工艺，而现在则普遍采用亚微米（Micron ） CMO 工艺。 DS 芯片的引脚数量从 1980 年的最多 64 个增加 到现在的 200 个以上，引脚数量的增加，意味着结构灵活性的增加， 如外部存储器的扩展和处理器间的通信等。

8、此外，DS 芯片的发展使DS 系统的成本、体积、重量和功耗都有很大程度的下降。二、DSP勺现状国际发展现状国际 DS 处理发展的现状，国外的商业化信号处理设备一直保持 着快速的发展势头。欧美等科技大国保持着国际领先的地位。例如美国 DSP research 公司，Pentek 公司，Motorola 公司，加拿大 Dy4 公司 等，他们很多已经发展到相当大的规模，竞争也愈发激烈。我们从国 际知名 DS技术公司发布的产品中就可以了解一些当今世界先进的数 字信号处理系统的情况。以 Pentek 公司一款处理板 4293 为例，使用 8 片 TI 公司 300 MHz 的TMS320C62C 芯片，

9、 具有 19 200 MIPS 的处理能力， 同时集成了 8 片 32 MB的 SDRAM 数据吞吐 600 MB/S。该公司另一款处理板 4294 集成了 4 片Motorola MPC7410 G4 PowerP（处理器，工作频率 400/500 MHz,两级 缓存 256KX64 bit，最高具有 16MB 勺 SDRAMADI 公司的 TigerSHARC 芯片也由于其出色的协同工作能力，可以 组成强大的处理器阵列，在诸多领域（特别是军事领域）获得了广泛 的应用。以英国 Transtech DSP 公司的 TP-P36N 为例，它由 48 片 TS101b（TigerSharc ）芯片

10、构成，时钟 250 MHz 具有 612 GFLOPS 的处理能力。DSP 应用产品获得成功的一个标志就是进入产业化。在以往的20年中，这一进程在不断重复进行，而且周期在不断缩小。在数字信息 时代，更多的新技术和新产品需要快速地推上市场，因此，DSP 勺产业化进程还是需要加速进行。随着竞争的加剧，DS 生产商随时调整 发展规划，以全面的市场规划和完善的解决方案，加上新的开发历年， 不断深化产业化进程。我国发展现状随着我国信息产业的发展，近年来我国的数字信号处理学科发展 较快。DS 处理器已经在我国的数字通信、信号处理、雷达、电子对 抗、图像处理等方面得到了广泛的应用， 为科学技术和国民经济建设

11、 创造了很大价值。全国有很多高校、科研机构的信号处理实验室都在 大力研究性能更高的数字信号处理设备，取得了很多研究成果。我国的科研人员通过对先进的 DSP 芯片的研究，已经研制出一些高性能处 理设备的解决方案，并且在板级 PC 设计方面，也取得了宝贵的设计 经验。以我国某电子技术研究所研制的 DSF 雷达数字信号处理通用模 块为例，它使用了 6 片 ADSP2106 和大规模可编程器件构成通用处理模 块。通过信号处理算法并行设计、系统多数据流设计、处理任务分配 调度程序设计，实现高速实时雷达数字信号处理4。以 FFT 算法为例，将任务分为 3 个流水处理过程：FFT复数乘法、IFFT，实现多片

12、 DS 组成并行处理。在 33 MHZ 寸钟下，1 024 点处理通过时间为 0.7 ms 可以实现单通道数据率为 1 MHz 双通道并行工作为 2 MHzo国内的某大学所研制的基于 TMS320C620 的高速实时数字信号 处理平台，实现基-2 的复数 FFT,允许输入数据的动态范围 16-bit , 可以实现 59卩s 内完成 512 点的 FFT, 130卩s 内可以完成 1 024 点的FFT。 但是，应该看到，我国在信号处理理论、咼速咼性能处理器设计和制造方面与国际先进水平还有较大差距。 而且，主要的核心处理器件基 本完全依赖进口，这也是我国半导体研究领域需要大力加强的工作之 一。复

13、杂的大型处理机 PC 板级设计和制造也存在一定困难， 也是需 要我国科研人员发扬勇于拼搏的精神，继续的刻苦努力。TI DSP 平台及应用简述世界上没有完美的处理器，DS 环是万能的。DS 器件的特点使得 它特别适合嵌入式的实时数字信号处理任务。实时的概念实时的定义因具体应用而异。 一般而言， 对于逐样本 (sample-by-sample)处理的系统，如果对单次样本的处理可以在相 邻两次采样的时间间隔之内完成，我们就称这个系统满足实时性的要 求。即：tproesstsample，其中，tproess 代表系统对单次采样样本 的处理时间，tsample 代表两次采样之间的时间间隔。举例来说，某

14、个系统要对输入信号进行滤波，采用的是一个100 阶的 FIR 滤波器，即。 假设系统的采样率为 1KHz 如果系统在 1ms 之内可以完成一次 100 阶的 FIR 滤波运算，我们就认为这个系统满足实时性的要求。如果采样率 提高到 10KHz 那么实时性条件也相应提高，系统必须在 0.1ms 内完成 所有的运算。 需要注意， tproess 还应当考虑各种系统开销，包括中 断的响应时间，数据的吞吐时间等。正确理解实时的概念是很重要的。工程实现的原则是“量体裁 衣”，即从工程的实际需要出发设计系统，选择最合适的方案。对于DSP 勺工程实现而言，脱离系统的实时性要求，盲目选择高性能的 DSP 器件

15、是不科学的，因为这意味着系统复杂度、可靠性设计、生产工艺、 开发时间、开发成本以及生产成本等方面不必要的开销。 从这个角度 而言，即使系统开发成功，整个工程项目可能仍然是失败的。嵌入式应用嵌入式应用对系统成本、体积和功耗等因素敏感。DS 器件在这些方面都具有可比的优势，因此 DS 器件特别适合嵌入式的实时数字 信号处理应用。反过来，对于某一个具体的嵌入式的实时数字信号处 理任务，DS 麻卩往往不是唯一的， 或者是最佳的解决方案。 越来越多 的嵌入式 RISC处理器开始增强数字信号处理的功能；FPG 厂商为 DSP 应用所做的努力一直没有停止过；针对某项特定应用的ASIC/ASSP 器件的推出时

16、间也越来越快。开发人员面临的问题是如何根据实际的应 用需求客观地评价和选择处理器件。以媒体处理应用为例，现行的国际标准较多，包括MPEG1/2/4H261/3/4 等，各种标准在一段时间内共存，新的标准还在不断涌现。 如果系统设计需要兼顾实现性能和多标准的适应性，DS 可能是一个较好的选择。但是，如果应用比较固定，对价格又特别敏感，采用专 用的ASIC 芯片可能就会更加合适。算法是 DS 应用的核心随着 DSP 器件的发展，DS 療统开发的主要工作已经转向软件开 发，软件开发将占据约 80%的工作量，必须引起足够的重视。另外，在目前的现状条件下，算法是我们核心知识产权的主要体现， 也是产品竞争

17、力的主要因素。因此算法是 DS 应用的核心。三、DSP勺未来趋势很明然，在可预见的一段时间内，无线应用仍将是可编程DS 市场的驱动引擎。不过，嵌入式 DSF 市场是一个更大的市场，我们将在 后续的市场报告中予以讨论。DS 战术（无论何种形式）是你能够访问 窄带、宽带或是无线互联网的唯一手段，它还是新兴的分组（IP）电话 市场的关键。没有 DSPS 没有对互联网的访问，没有多媒体，也没有 无线通信。因此，尽管遭遇了短期的市场挫折，DS 仍将是整个半导体工业的技术驱动力。而国内发展 DSP 勺厂商并不多，而主要的应用产品是 DV 与无线 电话等，因此国内 DSP 勺产值并不高；而在产品应用上，目前

18、重要的 DS 应用产品，如行动电话、调制解调器、HD 等个人计算机与通讯领 域应用产品，都是采用国际大厂的 DSPsoluti on，因此国内厂商尚无 插足的余地。在未来的发展上，国内的业者如欲进入 DS 领域，在目前这个垄 断市场情况相当明显的情势之下，应避免与国际大厂在其擅长的领域 正面交锋，若能另辟市场，选择利基产品切入，例如消费性电子产品 市场，则尚有机会在 DS 市场一搏，目前国内已有相当不错成绩的 DVD 产品即为一证明。世界经济萧条和中国经济的持续发展使更多世界一流的跨国公 司调整在中国的策略，中国市场已经成为世界一流的跨国公司DS 发展的关键因素。更大的原因是中国 DS 市场占全球市场的比重越来越大，D